Compressible Turbulence: Multi-fractal Scaling in the Transition to the Dissipative Regime
考虑了充分发展的可压缩湍流向耗散状态转变时的多重分形标度。由于粘性效应，多重分形幂律标度行为在非常小的长度尺度上崩溃。然而，压缩性的影响被发现扩展单尺度多重分形制度进一步进入耗散范围。在最终的压缩极限，由于冲击波是适当的耗散结构，单标度制度被发现确实延伸到所有的方式进入全粘性制度。这一结果似乎与可压缩流体中涡旋拉伸更强从而推迟粘性干预的物理事实一致。随后产生的可压缩流体中的增强的速度梯度似乎提供了一个基本的物理基础，以前的结果表明，充分发展的可压缩湍流是有效的耗散比不可压缩的对应。
2010-01-07 physics.flu-dyn
Fractal iso-level sets in high-Reynolds-number scalar turbulence
本文研究了高雷诺数下三维均匀各向同性湍流混合的被动标量的等能级集的分形标度。Schmidt数是1。分形盒计数维数$D_F$可以获得低于约$3$标准偏差的标量波动在其平均值的两侧的等水平。维数随等值线水平系统地变化，在平均值处等值线水平的最大值约为$8/3$;这个最大维数也是几何测度理论的上限。我们把这个结果解释为湍流中的混合总是不完全的。当我们考虑标量的陡峭悬崖的空间支撑以局部应变为条件时，所有等能级都有一个唯一的盒维数;这个唯一的维数大约是$4/3$。
2019-10-01 physics.flu-dyn
Fractal Potential Flows: An Idealized Model for Fully Developed Turbulence
充分发展湍流（FDT）是一种理论上的渐近现象，只能通过实验或计算来近似，因此其定义特征是假设的。它被认为是一个混沌定常流场，具有自相似分形特征。存在许多近似模型，通常利用这种自相似性。本文提出了分形势流的理想化数学模型，并根据其实验特征，将其与自由表面上的FDT现象联系起来。该模型依赖于流体动力学传递算子的递归迭代。其独特的吸引子的存在-称为不变流-显示在一个适当的函数空间，这将作为我们建议的模型FDT流场。它的汇奇异性，形成IFS分形，明确解决曼德尔布罗特猜想。同时，定义了流与概率测度之间的等距同构关系，指出了未来的研究方向。最后讨论了用该模型表示湍流场的逆问题，以及实验验证和可视化的明确实际考虑。
2014-09-22 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Fractal dimension of premixed flames in multifractal turbulence
在湍流预混火焰中，基于启发式标度理论，对Damköhler的大尺度极限$(Da>>1)$和小尺度极限$(Da\sim\mathcal{O}(1))$，火焰等值面的分形维数分别为$\mathbb{D}=7/3$和$\mathbb{D}=8/3$。然而，这样的缩放参数不考虑火焰表面上的湍流动能耗散的多重分形性质的效果。在本文中，我们占的多重分形耗散的分形维数低$Da$湍流预混火焰的影响。我们推导出两个修正的分形维数上限- $\mathbb{D}=8/3+3/4(1-D_{1/4})$和$\mathbb{D}=8/3+2/3(3-D_{1/3})$ -这对应于标量通量的变化和火焰界面的总面积，由于湍流耗散的间歇性所产生的内部截止尺度的波动，分别。我们进一步表明，第二次修正导致的分形维数$(\mathbb{D})$的标度指数$(ξ)$的速度结构函数通过关系：$\mathbb{D}=11/3+ξ$的明确依赖。因此，我们明确量化低$Da$预混燃烧湍流的多重分形性质的影响。
2020-09-03 physics.flu-dyn
Edge of Chaos and Genesis of Turbulence
混沌的边缘分析在一个空间扩展的系统，建模的正则化长波方程，在过渡到永久时空混沌。当存在共存吸引子时，由于光滑分形变形，在盆地边界产生混沌鞍。当控制参数变化时，混沌瞬态通过一系列分形-分形变态演化为发展良好的瞬态湍流。负责混沌的边缘和湍流的起源的边缘状态是一个不稳定的行波在实验室框架中，对应于鞍点躺在盆地边界的傅立叶空间。
2013-12-09 physics.flu-dyn
Generalized Fractal Dimension for a Dissipative Multi-fractal Cascade Model for Fully Developed Turbulence
针对Meneveau-Sreenivasan多重分形级联模型在惯性区微小耗散下$D_q$奇异性问题，本文提出含耗散参数的广义分形维数拟设，并推广到双参数对称耗散情形。
2022-12-10 physics.flu-dyn
Intermittency in the Enstrophy Cascade of Two-dimensional Fully-developed Turbulence: Universal Features
间歇性（外部诱导）的二维（2D）涡度拟能级联被证明是能够维持一个有限的涡度拟能与涡度守恒异常。充分发展湍流（FDT）中三维能量级联和二维涡度拟能级联的间歇性机制似乎具有一些普遍的特征。利用多重分形模型中奇异谱f（a）的抛物线轮廓近似（PPA），并将其推广到适当的微尺度区域，以显示这些特征。PPA还示出提供，不同于通用的多重分形模型，在这些FDT的情况下，流量可变梯度的概率分布函数（PDF）的分析计算，并描述互补的均匀分形模型所提供的不透明度校正。
2007-02-28 physics.flu-dyn
A DLA model for Turbulence
“湍流刻面”的分形维数和扩散限制聚集（DLA）的分形维数之间的连接。阐明了理论对应关系，并给出了对上述主张的经验支持。
2017-04-21 astro-ph cond-mat.soft math-ph
Spiral chains in wavenumber space of two dimensional turbulence
摘要在二维湍流的背景下，通过考虑波数域的螺旋线分形结构，讨论了湍流的自相似分形性质。与植物中的叶序类似，级联的每一步都可以用相互作用的三元组的旋转和缩放来表示。使用一个恒定的发散角和一个恒定的比例因子，得到一个家庭这样的分形依赖于相互作用的距离。在这样的序列中的标度因子由已知比率的平方根给出，例如塑性比率、超黄金比率或一些小的皮索数。虽然螺旋链可以代表自相似级联的单分形模型，它可以在波数域中跨越非常大的范围，具有良好的角覆盖，但螺旋链或连续三元组链也可能在级联中起重要作用。作为数值模型，基于抽取傅立叶系数的螺旋链模型存在的问题，如双级联被淹没的统计链均分，由于几乎随机演变的复杂的相位。本文提出了一种基于能量演化的通用螺旋链模型，该模型可以恢复二维湍流中的双叶栅行为。
2019-03-22 physics.flu-dyn
Experimental and Computational Investigation of a Fractal Grid Wake
分形网格通过同时激发许多不同尺寸的长度尺度来产生湍流，而不是像规则网格那样使用非线性级联机制来获得多尺度结构。自从对这些网格进行的实验和计算研究得出令人惊讶的发现以来，对这些网格的兴趣进一步增加。本文介绍了由空间填充分形正方形网格产生的湍流的实验风洞和计算流体动力学（CFD）研究。实验工作包括粒子图像测速（PIV）和热线测量。此外，延迟分离涡模拟（DDES）与Spalart-Allmaras背景湍流模型进行使用开源软件包OpenFOAM。这是第一次使用DDES模拟来模拟和表征由分形网格产生的湍流。最后，本文报告了广泛的统计研究和实验和数值获得的时间序列之间的直接比较，以调查和比较一点和两点统计。我们的目标是验证我们的计算结果，并提供增强的洞察湍流的多尺度生成的复杂性，使用分形网格与低数量的分形迭代。特别是，我们调查不同的湍流结构和它们的复杂的相互作用，在近网格区域或生产制度的分形网格流。
2022-10-12 physics.flu-dyn
A theory of turbulence based on scale relativity
流体的内部相互作用发生在所有尺度上，因此所产生的力场没有理由是光滑和可微的。可微性假设的释放具有重要的数学后果，如尺度依赖性和高等代数的使用。力学定律将这些性质直接转化为流体质点的速度，而质点在速度空间中的运动轨迹变得分形和不确定。利用相对性原理，求出了尺度空间中速度方程的形式。该方程的解包含一个分形项和一个非分形项。分形部分被证明是相当于拉格朗日版本的充分发展和各向同性湍流的Kolmogorov定律。因此，它与湍流有关，而非分形确定性项与层流行为有关。当典型速度达到雷诺数等于1的水平时，这些项被认为是平衡的，与经验观察一致。在通过障碍物的流动中，湍流所耗散的能量的速率只能从实验中得知，从理论上可以从方程的解导出。最后，在速度空间中提出了一个类量子方程，以便找到在给定位置具有给定速度的概率。它可能最终解释地球物理学上的湍流中大尺度相干结构的存在，如喷流。
2013-03-14 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Universal statistics of density of inertial particles sedimenting in turbulence
本文用小的流体粒子加速度与重力加速度之比$Fr$来求解Navier-Stokes湍流中惯性粒子的空间分布问题。粒子由线性阻力驱动并具有任意惯性。我们证明了与颗粒的尺寸或密度无关，颗粒分布在分形集上，其对数正态统计量完全由Kaplan-Yorke维数$D_{KY}$确定。当惯性不小时，$D_{KY}$与湍流谱积分乘以波数与$g$之比成正比。该比率与颗粒的性质无关，使得颗粒集中于具有普遍的、与颗粒无关的统计的分形。我们发现李雅普诺夫指数和确认预测数字。所考虑的情况包括云中水滴的典型情况。
2014-10-30 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Kolmogorov turbulence across multi-fractal gas in Polaris Flare
Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿大学莱顿天文台）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）
利用PPCOS数据揭示北极星耀斑中0.05-20 pc尺度上的三维Kolmogorov速度级联，通过解析映射关系证明表观转变源于几何投影和密度分形维数变化，而非湍流模式转换。
2026-07-02 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Non-Fickian diffusion and tau approximation from numerical turbulence
被动标量的非Fickian扩散的证据是使用均匀各向同性湍流的直接模拟。结果比较有利的一个明确的依赖于时间的封闭模型的基础上的tau近似。在数值实验中，考虑了三种不同的情况：（i）零平均浓度与有限的初始浓度通量，（ii）初始的顶帽型的浓度，和（iii）强加的背景浓度梯度。所有情况下同意在tau近似的三重相关的浓度通量的弛豫时间。一阶光滑近似被证明是不适用的。
2004-03-10 astro-ph nlin.CD physics.flu-dyn
Richardson's pair diffusion and the stagnation point structure of turbulence
DNS和实验室实验表明，均质各向同性三维湍流中应变驻点的空间分布具有维数Ds = 2的分形结构。在运动学模拟中，Richardson定律中的时间指数γ与分形维数D_s之间的关系为γ = 6/D_s。理查森常数被发现是一个增加的函数的数量的应变滞止点的协议与对duffffeiring发生在突发时，对满足这些点在流动中。
2002-07-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On phoretic clustering of particles in turbulence
我们表明，在湍流中的扩散泳，热泳和趋化现象导致聚类的颗粒上的多重分形集，可以使用一个单一的框架，有效的颗粒尺寸远小于最小长度尺度的湍流$l_0$。为了量化聚类，我们推导出正的配对相关性和分形维数，适用于小于$l_0$的尺度。在一个小的体积中的粒子数的统计是非泊松的，表现出与不相关粒子的情况的偏差。对于尺度大于$l_0$，我们预测一个拉伸指数衰减到1的对关联函数。对于非均匀湍流的情况，我们发现分形维数依赖于非均匀方向。通过在湍流重力流中进行盐度梯度引起的扩散泳颗粒的聚簇实验，我们证明了聚簇符合理论。实验中的颗粒尺寸与$l_0$相当，在理论的严格有效区域之外，这表明理论预测转移到该实际相关的区域。这种聚类机制可以提供理解许多过程的关键，例如海洋雪的形成和趋化细菌的种群动态。
2016-07-20 physics.flu-dyn
Holographic turbulence
通过数值求解Einstein方程，构造了渐近AdS_4时空中的湍流黑洞.双全息流体和散装几何显示签名的逆级联与散装几何被很好地近似的流体/重力梯度膨胀。我们认为，统计稳态黑洞的对偶d维湍流的视界是近似分形的分形维数D=d+4/3。
2013-07-27 gr-qc hep-th physics.flu-dyn
Logarithmic scaling for fluctuations of a scalar concentration in wall turbulence
在壁湍流中，存在一个子层，在该子层中，平均速度和速度波动的方差随离壁的高度而变化。这种对数标度对于被动标量的平均浓度也是已知的。通过在实验室湍流边界层实验中使用热作为标量，本文证明了标量浓度波动方差的对数标度的存在。它是由附着在墙上的含能涡流模型再现的。
2017-11-16 physics.flu-dyn
Effect of finite Reynolds number on self-similar crossing statistics and fractal measurements in turbulence
随机模拟用于创建基于湍流零交叉的合成一维电报近似（TA）信号，其中交叉之间的间隔由具有指数$α$的幂律概率分布支配。确定模拟TA信号统计的幂律指数，即计盒分形维数$D_1$、能谱指数$β_{TA}$和非线性指数$μ_{TA}$。对于幅度无变化的二进制TA信号，参数线性相关为$D_1 = 2 - β_{TA} = 1 - μ_{TA}$。如果交叉间隔分布具有代表有限雷诺数流动的有限幂律区域（即惯性子区），则关系不变。然而，有限分布产生的统计量不是真正的标度不变的，并且扭曲了统计指数和$α$之间的线性关系。该行为是由于从生存函数或互补累积分布中明显可见的有限尺寸效应，对于有限雷诺数，其仅近似自相似，并且具有不同于$α$的有效指数。有效指数的表达式恢复了$α$和TA统计之间的预期关系。研究结果表明，如何有限的雷诺数可以影响指标的自相似性，分形，和单点测量观察到的不稳定性。
2021-12-24 physics.data-an physics.flu-dyn
Magnetic concentrations in stratified turbulence: the negative effective magnetic pressure instability
在强密度分层的存在下，磁流体湍流获得定性的新特性：形成磁通量浓度。在这里，我们回顾这种机制的理论基础，现在被称为负有效磁压不稳定性。我们还提出了直接数值模拟强分层层中的强迫湍流，并讨论了定性和定量的相似之处，相应的平均场模拟。最后，讨论了与太阳黑子形成的相关性。
2016-12-24 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Preferential concentration of free-falling heavy particles in turbulence
本文提出了重力作用下重粒子在湍流中输运的一种扫杆机制。直接的数值模拟表明，这些粒子优先探索区域的流动接近零拉格朗日加速度。然而，颗粒聚集的流体元件的实际拉格朗日加速度不是零，并且依赖于斯托克斯数、重力加速度和颗粒的沉降速度。
2020-07-27 physics.flu-dyn
Fractal iso-contours of passive scalar in smooth random flows
本文研究了一个被动标量场在抽运、扩散和平流作用下的拉格朗日混沌光滑流。我们提出的理论论据表明，标量统计是不共形不变的，并制定新的有效的半解析算法来模拟标量湍流。然后，我们进行了大量的被动标量湍流的数值，重点是节线的统计。的分布轮廓的大小和周长被证明既不依赖于流量的实现，也不依赖于分辨率（扩散）规模$r_d$的规模超过$r_d$。在大于或小于抽运尺度$L$的尺度上，标量等值线是分形/光滑的。我们通过Löwner映射的驱动函数描述了长等值线弯曲的统计特性，表明它的行为类似于扩散，扩散率与分辨率无关，但最令人惊讶的是，依赖于速度实现和标量演化的时间。
2011-08-04 math-ph math.MP nlin.CD
Inertia drives concentration-wave turbulence in swimmer suspensions
本文发现了一种由惯性、游动者运动性和浓度涨落相互作用驱动的不稳定性机制，该机制不依赖主动应力，通过数值模拟观察到浓度和取向的自持波从规则振荡过渡到波湍流，并分析了其统计特征。
2024-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Large-scale confinement and small-scale clustering of floating particles in stratified turbulence
本文研究了小惯性粒子在分层湍流中的运动。我们推导出一个简化的模型，有效的Boussinesq近似内，小颗粒的动力学存在的平均线性密度分布。通过广泛的直接数值模拟，我们调查的统计分布的粒子作为一个函数的两个无量纲参数的问题。我们发现，粒子的垂直约束主要是由分层的程度，与弱依赖于粒子的属性。相反，小尺度分形聚类，典型的惯性颗粒在湍流中，取决于颗粒的弛豫时间，几乎是独立的流动分层。薄浮游植物层的形成，我们的研究结果的影响进行了讨论。
2015-09-11 nlin.CD physics.flu-dyn
Energy transfer and dissipation in equilibrium and nonequilibrium turbulence
在风洞中，用热线风速仪对衰减分形方格产生的湍流的非平衡耗散行为进行了实验研究。先前的结果是巩固和基准与湍流产生的规则的正方形网格，旨在保留一定的几何参数的分形正方形网格。这种比较表明，在湍流衰减到尾流相互作用距离的前几个倍数的过程中，下游区域的分形正方形网格和规则正方形网格网格产生的湍流都表现出非平衡行为。对于一个规则的网格，它示出，超出这个区域有一个过渡到经典的耗散行为，如果当地的湍流雷诺数是足够高的。因此，可以得出一个尖锐的结论，即这种行为比最初想象的更普遍，因此具有更大的科学和工程意义。通过对非齐次vonKarman-Howarth-Monin方程项的实验测量，进一步研究了非平衡耗散现象。这个方程本质上是一个按尺度的能量转移预算。从数据表明，不均匀的湍流不篡改的非平衡现象和非线性能量传递的标度，即传递到小尺度的能量，是不平衡的耗散。这种不平衡导致了小尺度平流的增长，以补偿转移的能量和耗散的能量之间不断增加的差距。对于最高雷诺数的数据，它也表明，非平衡耗散标度似乎是一致的期望，它是渐近独立的粘度与幂律谱与Kolmogorov-Obukhov指数-5/3。
2013-07-24 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in particle laden flows
悬浮颗粒可以改变流体的性质，特别是还影响从层流到湍流的转变。在目前的实验研究中，我们调查的影响中性浮力，球形惯性颗粒过渡到湍流管流。在低颗粒浓度下，如在单相牛顿流体中，湍流仅在由足够大的扰动触发时发生，并且作为该过渡的特征，局部湍流区域（喷流）与层流共存。与早期的研究一致，随着颗粒浓度的增加，这个转变点最初移动到较低的雷诺数（Re）。然而，在更高浓度下，过渡的性质发生了质的变化：层流在连续的非滞后过渡之后让位于全局波动状态。Re的进一步增加导致二次不稳定性，其中在均匀波动的背景流的顶部出现局部的泡芙状结构。在甚至更高的浓度下，仅发现均匀波动的流动，并且不再观察到牛顿型湍流的特征。
2018-09-17 physics.flu-dyn
Dissecting inertial clustering and sling dynamics in high-Reynolds number particle-laden turbulence
本文利用DNS颗粒追踪与谱滤波LES场，揭示高雷诺数含颗粒湍流的历史效应、滤波有效Stokes数及甩抛事件的高应变薄片机制。
2024-10-25 physics.flu-dyn
Dual theory of decaying turbulence. 2. Numerical simulation and continuum limit
本文通过低内存 Euler 系综数值算法模拟衰减湍流的对偶分形曲线，揭示涡量相关函数与能量衰减中的量子分形、离散能级及魔鬼阶梯结构。
2024-02-29 physics.flu-dyn
Inhomogeneous preferential concentration of inertial particles in turbulent channel flow
导致惯性颗粒在低湍流扩散率区域中的优先集中的湍流泳动是非均匀湍流（例如自由剪切流或壁边界流）的独特特征。本文将均匀湍流中弱惯性颗粒的成团理论推广到槽道湍流的非均匀情形。在均匀湍流中，除了团簇外，非均匀性也有助于团簇形成。根据湍流的局部统计，导出了产生不均匀颗粒浓度的空间相关速率。我们提供了浓度的成对关联函数的公式，该函数分解为时间和空间相关的平均浓度的乘积和时间无关的聚类因子，该聚类因子在点之间的距离上服从幂律。这种幂律表征了粒子分布的不均匀多重分形性。一个独特的示范和量化的组合效应的turbophoresis和分形聚类在一个直接的数值模拟的颗粒运动在湍流槽道流中进行根据所提出的理论。流动的不均匀性对聚集的贡献最大，发生在粘性子层和缓冲层之间的过渡区域。均匀项和非均匀项的比值取决于壁距。非均匀项可以显著增加惯性颗粒的优先浓度，因此与纯均匀湍流中具有相同惯性的颗粒相比，非均匀湍流中的总体聚类程度可能更强。
2017-02-05 physics.flu-dyn
Sharp Lower Bounds for the Dimension of the Global Attractor of the Sabra Shell Model of Turbulence
在这项工作中，我们推导出的Hausdorff和分形维数的Sabra壳模型的湍流在不同的参数制度的全球吸引子的下界。我们发现，对于一个特定的选择的强迫和足够小的粘度项$ν$，萨布拉壳模型具有一个全球性的吸引大Hausdorff和分形维数成比例的$\log_λν^{-1}$的所有值的管理参数$ε$，除了$ε=1$。得到的下界是尖锐的，匹配的上界的尺寸在我们以前的工作中获得的全球吸引子。此外，我们展示了不同的方案过渡到混沌不同的参数制度和特定的强迫。在参数的"三维“状态中，当参数$ε$变得足够接近0或1时，这种情况发生变化。我们还表明，在“二维”政权的参数为一定的非零强迫长期的模型的长期动态变得微不足道的任何值的粘度。
2006-11-01 physics.flu-dyn
Study on preferential concentration of inertial particles in homogeneous isotropic turbulence via Big-Data techniques
我们提出了一个实验研究的优先浓度的子Kolmogorov惯性粒子在主动网格生成的均匀和各向同性的湍流，其特征在于通过Voronopartite镶嵌。我们表明，簇和空隙的检测和定量的激光强度和高值的颗粒体积分数$ϕ_v$的影响。不同的偏见的统计的Voronopathic细胞进行了分析，以提高检测的可靠性和鲁棒性的集群和空洞的表征。我们通过采用大数据技术来实现这一点，该技术允许处理粒子图像的速度比标准算法快10倍。最后，由于已知优先浓度取决于多个参数，我们进行了实验，其中一个参数变化，所有其他参数保持不变（$ϕ_v$，基于泰勒长度尺度的雷诺数$Re_λ$，以及与湍流相互作用的颗粒的停留时间）。我们的研究结果证实，在协议与已发表的工作，聚簇增加与$ϕ_v$和$Re_λ$。另一方面，我们发现了新的证据表明，簇的平均大小增加与$Re_λ$，但减少与$ϕ_v$和簇沉降速度的强烈影响$Re_λ$的最大值在这里研究，$Re_λ= 250$。
2019-07-17 physics.flu-dyn
Statistics of small scale vortex filaments in turbulence
我们研究了湍流中相干小尺度类相干结构的统计特性。为了及时跟踪这种复杂的空间结构，我们通过在流中注入轻粒子来整合拉格朗日和欧拉测量。我们发现，轻粒子优先集中在小的持久性高涡度（涡丝）的对流区域。我们测量吸引集的分形维数和两个粒子长时间不分离的概率。我们加强了信噪比，通过利用多粒子相关的粒子束的动力学。在这样做的时候，我们能够给出第一个定量估计的涡丝寿命，显示事件的存在，只要积分相关时间。这里介绍的同样的技术也可以用于实验，只要能够在高雷诺数条件下，在相对较长的时间内跟踪湍流中的气泡云，从而使现实湍流中小尺度涡量的动力学变得更加清晰。
2009-08-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Neural network models for preferential concentration of particles in two-dimensional turbulence
本研究评估多种神经网络模型合成二维湍流中颗粒优先集中场，发现GAN性能最佳，并探索超采样及逆问题以降低计算成本。
2023-12-22 physics.flu-dyn
Transition to turbulence in particulate pipe flow
我们实验研究了悬浮颗粒对湍流转捩的影响。颗粒是单分散的，并且与液体呈中性浮力。颗粒对过渡的作用取决于管道与颗粒直径比和浓度。对于大的管道与颗粒直径比，转变被延迟，而对于小的比率，转变被降低。提出了一种缩放方法，将偏离纯流体临界雷诺数作为浓度的函数压缩成一条主曲线。
2003-01-18 physics.flu-dyn
Extremal-point density of scaling processes from fractal Brownian motion to turbulence in one dimension
近年来，人们提出了几种基于局部极值的方法来研究非线性或非平稳时间序列的标度分析。在本工作中，我们系统地研究了局部极值的分布合成标度过程和湍流速度的实验数据。结果表明，对于分数布朗运动（fBm），在不进行不透明度修正的情况下，测量得到的极值点密度（EPD）与理论预测符合得很好。对于对数正态分布的多重分形随机游走（MRW），测量的EPD与不透明度参数$μ$无关，表明不透明度校正不改变极值点的分布，但改变幅度.通过引入一个粗粒度的操作员，这些标度过程的幂律行为，然后揭示通过测量EPD为不同的尺度。对于fBm的标度指数$ξ(H)$被发现是$ξ(H)=H$，其中$H$是Hurst数，而对于MRW的$ξ(H)$示出与不透明度参数$μ$的线性关系。这种EPD方法被进一步应用于从具有基于雷诺数$Re_λ= 720$的泰勒尺度$λ$的风洞流动实验获得的湍流速度数据，以及具有基于雷诺数$Re_θ= 810$的动量厚度$θ$的湍流边界层。对于前一种情况，检索缩放指数$ξ\simeq 0.37$。对于后者，测量的EPD清楚地显示了四个区域，这与湍流边界层结构的四个区域吻合得很好。
2018-09-20 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A generalized rate law for inhomogeneous system and turbulence-chemistry decoupling of reaction rate calculation in combustion
本文提出了一种不均匀系统的一般速率定律，通过空间积分方法计算燃烧反应速率，无需显式考虑湍流-化学耦合，实现了反应速率的准确计算。
2025-12-13 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Inertial floaters in stratified turbulence
我们调查的动力学和统计的惯性颗粒分层湍流输送，在粒子密度的平均密度分布的流体中的中间的情况下。在这些条件下，颗粒倾向于在相应的流体等密度线周围形成薄层。所产生的层的厚度由浮力（将粒子吸引到等密度线上）和惯性（阻止它们精确地跟随它）之间的平衡决定。通过大量的数值模拟，我们探索了系统的参数空间，发现在一定的参数范围内，粒子在层内形成分形簇。
2017-12-07 physics.flu-dyn
Evolution of inertial particle clustering in decaying turbulence
Institut universitaire de France (IUF)（法兰西学院）
该研究通过直接数值模拟发现，衰减湍流中惯性粒子的优先聚集不仅依赖瞬时斯托克斯数，还受流动历史影响，由瞬时流动状态与初始状态共同决定。
2026-09-01 physics.flu-dyn
Structure of iso-density sets in supersonic isothermal turbulence
本文提出基于相指示场两点统计与逐尺度收支方程的理论框架，分析超声速等温湍流等密度集的分形几何与级串动力学，并重构位力定理。
2023-08-14 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Fractal catastrophes
我们分析的空间不均匀性（“空间集群”）的粒子分布加速的力量，在空间和时间上随机变化。为了量化空间聚类，粒子的相空间动力学必须投影到配置空间。光滑相空间流形的折叠在这种投影中产生灾变（“焦散”）。然而，当惯性粒子动力学被摩擦阻尼时，相空间流形收敛于分形吸引子。据信，焦散增加空间集群也在这种情况下，但缺乏定量理论。我们解决这个问题，确定如何投影影响有限时间李雅普诺夫指数的分布。应用我们的方法在一个空间维度，我们发现，焦散线所产生的投影的动态分形吸引子（“分形灾难”）作出了独特的和普遍的贡献空间有限时间李雅普诺夫指数的分布。我们的研究结果解释了空间分形关联维数的投影公式，以及如何在有限时间李雅普诺夫指数分布的白时间高斯力场的波动关系打破投影。我们探讨了我们的结果的影响，在湍流中的重粒子，和波在随机介质中的传播。
2019-10-08 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Preferential concentration by mechanically-driven turbulence in the two-fluid formalism
优先浓度被认为在促进粒子生长方面起着关键作用，这对云中的暖雨形成、行星形成和工业喷雾等过程至关重要。在这项工作中，我们采用欧拉-欧拉双流体方法，其中粒子被视为具有自己的动量和质量守恒定律的连续场，使用3D直接数值模拟研究优先浓度。我们考虑流体雷诺数为$Re \leq 600$的中等湍流中的Stokes数为$St \lesssim O(0.01)$的颗粒。在我们以前的工作（Nasab & Garaud，Physical Review Fluids.土井：10.1103/PhysRevFluids.5.114308，2020），我们建立了标度律来预测粒子驱动对流不稳定性背景下的最大和典型粒子浓度增强。在这里，我们验证了相同的结果适用于湍流时，外部驱动，扩展我们的模型的相关性，以更广泛的一类颗粒负载流。我们特别发现：（i）平均尺度上的最大颗粒浓度增强为$u_{rms}^2 τ_p / κ_p$，其中$u_{rms}$为均方根流体速度，$τ_p$为颗粒停留时间，$κ_p$为双流体方程中假定的颗粒扩散率;（ii）平均尺度上的典型颗粒浓度增强为$(u_{rms}^2 τ_p / κ_p)^{1/2}$ ;以及（iii）颗粒浓度增强相对于平均值的概率分布函数具有指数尾部，其斜率的比例类似于$(u_{rms}^2 τ_p /κ_p)^{-1/2}$。最后，我们讨论了我们的模型及其在相关的云应用程序…
2021-03-15 physics.app-ph physics.flu-dyn
On the relationship between the non-local clustering mechanism and preferential concentration
“优先浓度”（\emph{Phys. Fluids} \textbf{A3}：1169- 78，1991年）是指惯性粒子在湍流的高应变、低旋转区域中的聚集。Maxey的“离心机理”（\emph{J. Fluid Mech.} \textbf{174}：441- 65，1987）似乎可以解释这种现象。在最近的一篇论文中，Bragg \& Collins（\emph{New J. Phys.} \textbf{16}：055013，2014）表明离心机制仅在${St\ll1}$状态中占主导地位，其中$St$是基于柯尔莫哥洛夫时间尺度的斯托克斯数。在这个区域之外，离心机制让位于非局部的、路径历史对称性破缺机制。然而，尽管在集群机制的变化，瞬时粒子的位置继续与高应变，低旋转区域的湍流。在本文中，我们分析的精确方程的径向分布函数，并显示如何非本地聚类机制的影响，但不依赖于，优先采样的流体速度梯度张量沿粒子路径历史的方式，以产生一个偏见的集群在高应变区域的湍流。我们还展示了如何非本地机制仍然产生集群，但没有优先浓度，在限制沿惯性粒子轨迹测量的流体速度梯度张量的时间尺度接近零（如白噪声流或强重力下的湍流沉降粒子）。最后，我们使用的数据从一个直接的数值模拟的惯性粒子悬浮在Navier-Stokes湍流验证本研究中提出的参数。
2015-01-15 physics.flu-dyn
Time-irreversibility of the statistics of a single particle in a compressible turbulence
本文从单个粒子的角度研究了Burgers湍流中的时间不可逆性。受最近不可压缩流工作的启发[Xu et al.，PNAS 111.21（2014）7558]中，我们分析了流体标记物的动能的演变，并使用瞬时功率的波动作为时间不可逆性的度量。对于短时间，从标记的均匀分布开始，我们发现作为雷诺数的函数的功率的缩放$\left<[E(t)-E(0)]^n\right>\propto t$和$\left<p^n\right> \propto \textrm{Re}^{n-1}$。这两个观察可以解释使用“飞行坠毁”模型，建议由徐等。此外，我们使用一个简单的模型，再现的时刻的能量差，包括前因子$\left<E(t)-E(0)\right>$的冲击。为了完成单粒子的图片，我们计算的拉格朗日速度差的时刻，并表明它们是双分形。这与欧拉速度差的双分形相似。在上面的设定时间中，不可逆性直接表现为粒子最终以激波结束。此外，我们调查的时间不可逆性的长时间限制时，所有的粒子都位于冲击和拉格朗日速度统计是固定的。我们发现相同的缩放的功率和能量的差异，在短时间内，并认为这也是一个罕见的“飞行坠毁”的冲击碰撞有关的事件的后果。
2015-08-02 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Fractal dimensions and trajectory crossings in correlated random walks
我们研究了空间聚类在一个离散的，一维的，随机的，玩具模型中的重粒子在湍流和计算的频谱的多重分形维数$D_q$作为一个无量纲的参数，$α$，发挥作用的惯性参数的函数。利用这一事实，它足以考虑线性动力学的模型在小的分离，我们发现，$D_q =D_2/(q-1)$为$q=2,3,\ldots$。关联维数$D_2$是惯性参数的非解析函数。我们计算小$α$的$D_2$，直到非解析项中的下一个前导顺序。
2018-06-21 physics.flu-dyn
Instabilities and turbulence in extensile swimmer suspensions
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Hangzhou International Innovation Institute of Beihang University（北京航空航天大学杭州国际创新研究院）；Tor Vergata University of Rome（罗马第二大学）
本文研究可拉伸自驱动游动体悬浮液中的低雷诺数湍流，通过一维模型揭示张开失稳的超临界Hopf分岔机制，并利用二维数值模拟发现系统随单一无量纲数从缺陷湍流过渡到浓度波湍流。
2025-06-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Scale Dependence of Multiplier Distributions for Particle Concentration, Enstrophy and Dissipation in the Inertial Range of Homogeneous Turbulence
湍流根据其停止时间或斯托克斯数优先集中惯性颗粒，这可导致颗粒浓度的显著空间变化。级联模型是用统计学术语描述这一过程的一种方法。在这里，我们使用均匀，各向同性湍流的直接数值模拟（DNS）数据集，以确定级联乘数的概率分布函数（PDF），它确定了一个属性被分割成子卷的比例，因为涡流被设想为衰减成更小的涡流。我们提出了一种技术，用于校正统计中的小粒子数的影响。我们确定乘数PDF粒子数，流耗散，拟能，所有这些都被证明是规模依赖。然而，粒子倍增器PDF崩溃时，与适当定义的局部斯托克斯数缩放。正如从早期的作品，耗散和拟能乘数PDF达到足够小的空间尺度的渐近线。根据DNS测量，我们推导出一个级联模型，该模型用于预测任意高雷诺数$Re$的径向分布函数（RDF），发现与Zaichik和Alipchenkov [New Journal of Physics 11，103018（2009）]的渐近无限$Re$惯性范围理论非常吻合。我们讨论了这些结果的影响，在惯性范围内的湍流聚类过程的统计建模的数值模拟无法访问的高雷诺数。
2017-03-17 physics.flu-dyn
Effects of surfactants on bubble-induced turbulence
通过实验研究了不同尺度下表面活性剂对气泡诱导湍流的影响，考虑了气泡对流动动能、各向异性和极端事件的影响。为此，高分辨率的粒子阴影测速仪测量进行了鼓泡塔中，其中的流动是由气泡群在水中上升两个不同的气泡直径（$3$ mm $\&$ $4$ mm）和中等气体体积分数（$0.5\%\sim1.3\%$）。为了污染流，将不同量的1-戊醇添加到流中，导致不同的气泡形状和表面边界条件。结果表明，随着表面活性剂浓度的增加，产生的BIT强度增加，尽管给定尺寸的气泡在表面活性剂的作用下上升得更慢。我们还发现，在流动中的各向异性的水平是增强与相同大小的气泡的表面活性剂浓度的增加，并且对于相同的表面活性剂浓度，较小的气泡产生更强的各向异性的流动。关于由流体速度增量的归一化概率密度函数量化的不稳定性，我们的研究结果表明，在速度增量的极值变得更可能与较小的气泡和低的气体空隙率的情况下，随着表面活性剂浓度的降低，而表面活性剂的效果是更弱的情况下，与较大的气泡和较高的空隙率。
2022-12-07 physics.flu-dyn
Clustering and preferential concentration of finite-size particles in forced homogeneous-isotropic turbulence
在雷诺数Re-λ =115-140范围内，对球形颗粒稀悬浮液中的强迫湍流各向同性湍流进行了界面分辨直接数值模拟。将固体-流体密度比设定为1.5，将重力设定为零，并且研究了对应于约5和11个柯尔莫哥洛夫长度的两种颗粒直径。请注意，这些粒子的大小显然超出了点粒子近似的有效范围，正如Homann & Bec（2010）所示。在目前的参数点上，颗粒对流体流动的整体影响很弱。我们观察到，分散相表现出中等强度的聚类。聚集的趋势，这是定量的Voronoi细胞体积的标准偏差，随着粒径的减小。我们分析了颗粒位置与强涡流结构位置之间的关系。结果未显示任何显著的统计相关性。首先，我们已经检测到一个小的，但统计上显着的优先位置的颗粒相对于Goto和Vassilicos（2008年）提出的“粘性点”，即点的流体加速度场的作用，如增加局部颗粒浓度在单向耦合点粒子模型下斯托克斯阻力。目前发现的统计相关性之间的“粘点”和颗粒的位置进一步增加时，集中在高局部浓度的区域。我们的研究结果表明，小的有限尺寸的粒子可以一起带来沿流体加速度场的扩展方向，如以前观察到的最简单的模型子柯尔莫哥洛夫粒子。我们进一步讨论了密度比和集体粒子运动对基本欧拉统计和拉格朗日统计的影响。
2016-12-01 physics.flu-dyn
Time persistency of floating particle clusters in free-surface turbulence
本文研究了湍流明渠中无剪切平面上漂浮的光的光的色散。这种配置模拟了当表面波浪和波纹平滑或不存在时水体中浮力物质（例如浮游植物、污染物或营养物）的运动。考虑不同的剪切雷诺数（Reτ = 171和509）和Stokes数（粘性单位为0.06 < St < 1），采用拉格朗日粒子追踪法对湍流进行了直接数值模拟。结果表明，颗粒浮力诱导集群，朝着一个长期的分形分布的时间比拉格朗日积分流体时间尺度长得多，这表明，这样的集群过的表面湍流结构，产生它们。我们量化集群动态，在自由表面流湍流建模时的分散至关重要，通过集群关联维数的时间演变。
2013-05-31 physics.flu-dyn
Collisional Aggregation due to Turbulence
悬浮在流体中的粒子之间的碰撞在许多物理过程中起着重要作用。例如，云中微观水滴的碰撞是产生宏观雨滴的必要步骤。尘埃颗粒的碰撞也被证实对年轻恒星周围气体中的行星形成很重要，并且在沙尘暴的动力学中也起着重要作用。在这些过程中，快速湍流运动有利于碰撞。在这里，我们回顾了最近的进展，在理解碰撞聚集由于湍流。我们讨论了粒子的分形聚类的作用，和焦散奇异的速度。我们还讨论了Smoluchowski方程建模这些过程的局限性。这些进展导致了对湍流对碰撞率影响的半定量理解，并指出了目前对降雨和行星形成理解的不足。
2015-08-06 physics.flu-dyn
Settling and Clustering of Snow Particles in Atmospheric Turbulence
湍流对降雪的影响在目前的天气预报模式中没有考虑。在这里，我们证明了湍流实际上是对降雪速度和空间分布的关键影响。我们考虑三个降雪事件下的大气湍流水平有很大的不同。我们表征的雪颗粒的大小和形态，我们同时成像的速度，加速度和相对浓度超过垂直平面约30平方米的面积。我们发现，顺磁驱动的沉降增强解释否则颗粒尺寸和速度之间的矛盾趋势。Stokes数的估算以及垂向流速与局部浓度的相关性表明，优先扫掠机制是强化沉降的根源。当雪的垂直速度比特征湍流速度大时，交叉轨迹效应导致强烈的加速度。当满足优先扫掠条件时，浓度场高度不均匀，在很大尺度范围内出现聚集现象。这些集群，第一次在自然发生的流中识别，显示在规范设置中看到的签名特征：幂律尺寸分布，分形形状，垂直伸长，以及随集群大小增加的大下降速度。这些研究结果表明，粒子负载湍流的基本现象可以被利用到一个更好的预测了解雪降水和地面积雪。他们还演示了如何环境流量可以用来调查分散的多相流在雷诺数在实验室实验或数值模拟中无法访问。
2020-06-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Density Fluctuations and Energy Spectra of 3D Bacterial Suspensions
我们实验研究了不同浓度的散装\textit{E. coli}悬浮液的密度涨落和能谱。我们的研究结果验证了预测的三维（3D）湿活性流体巨数波动的标度律。我们发现，这样的标度行为持续在小尺度下，即使在低浓度悬浮液远低于过渡浓度，以积极的湍流。我们的实验也支持对稀释的推泳者的能谱的预测，并说明了密集的细菌悬浮液在散装限制的主动湍流的光谱特性。通过比较活跃湍流中的密度波动和动能，我们确定了一个普遍的密度无关和尺度不变的两个量之间的相关性在很宽的长度尺度。
2021-10-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Density and tracer statistics in compressible turbulence: phase transition to multifractality
研究了可压缩湍流中流体（气体）密度和被动示踪粒子（粉尘）浓度的统计特性。我们提出的问题是，是否流体密度，这是一个积极的领域，反作用于运输流量和被动浓度的示踪剂必须在稳定状态下，我们证明是至关重要的理论和实验一致。场的重合在小马赫数下是可证明的，然而在有限的马赫数下，需要混合的假设，由于自组织的可能性而不明显。不管这两个场是否重合，我们都得到关于这两个场的一些严格的结论。随着Ma的增加，惯性范围内的场经历了从有限连续光滑分布到奇异多重分形分布的相变。我们提出了一种方法来计算分形维数的数值或实验数据。我们推导出等温湍流分形维数谱的简单表达式，并描述了对数正态性的局限性。该表达式依赖于一个参数：密度谱的标度指数。我们提出了一个机制的相变的浓度多重分形。我们证明了对关联函数是不变的作用下的概率密度函数的对间距离，具有马尔可夫性质意味着适用的Kraichnan湍流模型。我们使用该模型推导出一个明确的表达式的示踪剂对相关性，证明了他们的平滑过渡到多重分形，并确认过渡的机制。我们的研究结果是潜在的重要影响天体物理问题，如恒星的形成以及技术应用，如超音速燃烧。作为一个例子，我们证明了强烈的增加星子形成率在过渡。
2019-04-02 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Mixing in viscoelastic fluids using elastic turbulence
本文通过 Oldroyd-B 模型数值模拟二维 Taylor-Couette 流动，发现弹性湍流和弱混沌流均能促进混合，且序参量与混合速率强相关，可用于指示混合强度。
2025-01-01 physics.flu-dyn
